Chiết xuất polyphenol từ phụ phẩm sản xuất dầu ô liu bằng siêu âm: Một câu chuyện thành công

Bã ô liu không còn chỉ là phụ phẩm nông nghiệp – công nghiệp – đây là nguồn chất chống oxy hóa tự nhiên có hiệu quả cao đầy giá trị. Trong nghiên cứu này, Natural Phenolics đã tối ưu hóa quá trình chiết xuất polyphenol giàu hydroxytyrosol bằng nước, sử dụng máy siêu âm UP400St của Hielscher. Kết quả cho thấy một quy trình ổn định, có khả năng tái lập và mở rộng quy mô, đạt nồng độ hydroxytyrosol dự đoán là 1609,5 mg/L trong điều kiện xử lý siêu âm đã được tối ưu hóa. Công trình này cho thấy công nghệ siêu âm chính xác có thể biến chất thải sản xuất dầu ô liu thành nguyên liệu có nguồn gốc sinh học cao cấp cho thực phẩm, nông nghiệp và công nghiệp bền vững.

Bã ô liu – Không phải phụ phẩm, mà là nguồn tài nguyên giàu chất chống oxy hóa

Bã ô liu (alperujo) là phụ phẩm chính của quá trình chiết xuất dầu ô liu; sản lượng hằng năm trên toàn thế giới đạt từ 13 đến 18 triệu tấn. Polyphenol là các chất chuyển hóa thứ cấp hiện diện ở nồng độ cao trong loại phế liệu nông nghiệp – công nghiệp này. Mặc dù các hợp chất này thể hiện hoạt tính chống oxy hóa vượt trội, sự hiện diện của chúng trong môi trường khi chưa được xử lý đặt ra một thách thức đáng kể về độc tính. Với vai trò tiên phong trong việc nâng cao giá trị chất thải, Natural Phenolics tham gia giải quyết vấn đề này, biến gánh nặng môi trường thành tài sản kinh tế bền vững. Bằng cách chiết xuất các chất chuyển hóa có giá trị cao này, công ty Natural Phenolics của Tây Ban Nha sản xuất các nguyên liệu có nguồn gốc sinh học cao cấp. Hiện nay, hoạt động nghiên cứu và phát triển của Natural Phenolics đang đi đầu trong việc sản xuất các chất kích thích sinh học tiên tiến cho cây trồng và các chất bảo quản thực phẩm chống oxy hóa đáp ứng tiêu chí nhãn sạch.

Về Natural Phenolics
Natural Phenolics là công ty hóa học xanh đi đầu trong nền kinh tế tuần hoàn, chuyên nâng cao giá trị bã ô liu (alperujo) ở quy mô toàn diện. Thông qua các quy trình chiết xuất bền vững tiên tiến, chúng tôi biến loại phế liệu nông nghiệp – công nghiệp phức tạp này thành nguyên liệu hóa học có nguồn gốc sinh học cao cấp.

Natural Phenolics, một công ty có trụ sở tại Catalunia, Tây Ban Nha, sản xuất các chất kích thích sinh học chất lượng cao từ phụ phẩm nông nghiệp

Bạn đã sẵn sàng nâng cao giá trị bã ô liu của mình?
Hãy chia sẻ với chúng tôi thông tin chi tiết về quy trình sản xuất dầu ô liu và dòng bã ô liu của bạn. Chúng tôi sẽ giúp bạn xác định cấu hình hệ thống chiết xuất bằng siêu âm phù hợp để thu hồi polyphenol có giá trị cao một cách hiệu quả và bền vững.

Nhu cầu về công nghệ chiết xuất hiệu quả và được tiêu chuẩn hóa

Trong bối cảnh này, việc lựa chọn công nghệ chiết xuất phù hợp đóng vai trò then chốt để thu được các dịch chiết được tiêu chuẩn hóa. Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) đã nổi lên như một kỹ thuật mạnh mẽ mang lại kết quả có khả năng tái lập, rút ngắn thời gian chiết xuất và giảm lượng dung môi tiêu thụ, cùng nhiều lợi thế vận hành khác.
Tại đây, Natural Phenolics trình bày kết quả tối ưu hóa nhằm thu được các dịch chiết nước được tiêu chuẩn hóa, giàu hydroxytyrosol (HT) và các polyphenol khác. Thiết kế phức hợp trung tâm được chọn làm mô hình thực nghiệm. Các thông số được đánh giá là biên độ và thời gian chiết xuất, trong khi đáp ứng được đo bằng nồng độ hydroxytyrosol. Để thực hiện mục đích này, họ sử dụng máy siêu âm UP400St của Hielscher Ultrasonics, được lựa chọn nhờ khả năng vận hành thân thiện với người dùng và độ chính xác cao trong kiểm soát biên độ.

Thiết kế thực nghiệm cho chiết xuất bằng siêu âm: Tối ưu hóa biên độ và thời gian chiết xuất

Khả năng kiểm soát chính xác này là yếu tố nền tảng để tách biệt tác động của năng lượng âm khỏi ảnh hưởng do sự biến thiên của nguyên liệu. Tất cả các lần chiết xuất đều sử dụng bã ô liu đã sấy khô (độ ẩm 20%, kích thước hạt 1 mm) và nước làm dung môi. Hỗn hợp huyền phù được chuẩn bị với tỷ lệ rắn trên lỏng là 40%, và tất cả các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ không đổi 35°C. Bảng 1 tóm tắt các điều kiện thực nghiệm được đánh giá thông qua ma trận CCD gồm 12 lần chạy.

Thông số	Tối đa	Tối thiểu	Điểm trục	Điểm trục
Biên độ %	70	30	78	22
Thời gian min	30	10	34,1	5,9

Trong phần trình diễn này, chúng tôi giới thiệu độ chính xác và hiệu quả của siêu âm dạng đầu dò trong việc chiết xuất các thành phần có hoạt tính sinh học từ lá ô liu. Trong video, chúng tôi sử dụng máy siêu âm UP400St để chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học như polyphenol và flavonoid, bao gồm oleuropein, hydroxytyrosol, luteolin cùng nhiều hợp chất hóa thực vật khác. Xử lý siêu âm giúp thu được các hợp chất có hoạt tính sinh học chất lượng cao với hiệu suất lớn, sử dụng các dung môi dịu nhẹ, không độc hại như nước, nước được axit hóa hoặc dung dịch ethanol trong nước.

Bảng 2 trình bày các đánh giá chất lượng mô hình phục vụ việc tối ưu hóa. Mô hình toán học giải thích được 72,02% tổng biến thiên (R2 = 0,7202), cho thấy mức độ phù hợp rất thỏa đáng khi xét đến tính chất phức tạp và vốn không đồng nhất của nền mẫu bã ô liu. Mặc dù mức ý nghĩa của mô hình (P = 0,101) nằm cao hơn một chút so với ngưỡng tin cậy truyền thống 95% do số bậc tự do bị hạn chế nghiêm ngặt trong ma trận gồm 12 lần chạy thí nghiệm, các hệ số bậc hai âm có độ lớn đáng kể b11 = -61,61 và b22 = -71,61 xác nhận động học chiết xuất dạng parabol hợp lý về mặt vật lý.

Thông số
Biên độ b2	67,6604
Thời gian b2	59,6054
Biên độ2 (b11)	-61,6139
Thời gian2 (b22)	-71,6058
R2 (b11)	0,7202
R2 hiệu chỉnh	0,4871
Thống kê F	3,0892
Giá trị p	1,011179 x 10-1
Sai số chuẩn phần dư	67,05 mg/L

Chiết xuất hydroxytyrosol và polyphenol từ bã ô liu bằng siêu âm: quy trình được tối ưu hóa với thiết bị siêu âm UP400St

Chiết xuất polyphenol từ bã ô liu bằng siêu âm: bên trái – mô hình bề mặt đáp ứng của phương pháp; bên phải – biểu đồ đường đồng mức

Thu hồi hydroxytyrosol ổn định bằng chiết xuất siêu âm

Hình 1A minh họa biểu đồ bề mặt đáp ứng của mô hình đã tối ưu hóa. Vùng màu đỏ rộng tại miền cực đại bằng phẳng xác nhận tính ổn định của quy trình, vì các biến đổi biên độ trong khoảng 50– 60% không gây ra dao động lớn về nồng độ hydroxytyrosol. Khi phân tích tác động của từng yếu tố riêng lẻ, việc tăng biên độ từ 22% lên 50% có tác động mang tính quyết định, giúp hiệu suất chiết xuất tăng mạnh. Ngược lại, thời gian chiết xuất vượt quá 20 phút khiến hiệu suất ổn định, gợi ý rằng dung môi đã bão hòa ở giai đoạn này. Cuối cùng, cấu trúc mô hình này đã xác định thành công điểm vận hành tối ưu rõ ràng ở biên độ 61,5% và thời gian xử lý siêu âm 24,2 phút, cho nồng độ hydroxytyrosol tối đa dự đoán là 1609,5 mg/L.

Tóm lại, việc sử dụng công nghệ Hielscher Ultrasonics là nền tảng để đạt được quy trình chiết xuất hydroxytyrosol có khả năng tái lập cao và được tối ưu hóa về năng lượng. Độ chính xác vượt trội trong kiểm soát biên độ cùng hiệu năng cơ học vững chắc của đầu sonotrode UP400St bảo đảm rằng các thành tựu ở quy mô phòng thí nghiệm này có thể được chuyển giao liền mạch sang các hệ thống công nghiệp vận hành theo dòng liên tục. Hơn nữa, sự hỗ trợ kỹ thuật xuất sắc và hỗ trợ tại địa phương do Jover Labtech, đại diện của Hielscher tại Catalonia, Tây Ban Nha, cung cấp đã đẩy nhanh đáng kể thành công của giai đoạn tối ưu hóa này. Sự kết hợp giữa phần cứng âm học tiên tiến và hỗ trợ kỹ thuật chuyên môn ở gần cơ sở tạo lập một lộ trình rõ ràng, khả thi để khai thác giá trị thương mại của sinh khối nông công nghiệp một cách bền vững ở quy mô toàn diện.

Trong video này, chúng tôi giới thiệu hệ thống gồm 2x máy siêu âm UIP4000hdt để tăng cường chiết xuất dầu ô liu nguyên chất hảo hạng giàu polyphenol. Hệ thống được trình bày đang vận hành tại một cơ sở ép dầu ô liu ở Sicily. Trong video, quả ô liu chưa chín thuộc giống Biancolilla được chế biến để sản xuất dầu ô liu nguyên chất hảo hạng. Máy siêu âm công nghiệp Hielscher được lắp đặt tại các cơ sở ép dầu ô liu để tăng hiệu suất chiết xuất và chất lượng dầu ô liu nguyên chất hảo hạng. Hiện tượng xâm thực do siêu âm công suất cao tạo ra phá vỡ thành tế bào và tăng tính thấm của mô quả ô liu. Nhờ đó, dầu được chiết xuất tốt hơn từ hỗn hợp ô liu nghiền, giúp tăng sản lượng dầu.

Chủ đề liên quan

Câu hỏi thường gặp: Chiết xuất polyphenol từ bã ô liu bằng siêu âm

Bã ô liu là gì?

Bã ô liu, còn được gọi là alperujo, là phụ phẩm chính phát sinh trong quá trình chiết xuất dầu ô liu. Bã gồm thịt quả ô liu, vỏ, hạch, cùng nước và dầu còn dư. Mặc dù thường được xem là chất thải, bã ô liu chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học có giá trị, đặc biệt là các polyphenol như hydroxytyrosol.

Vì sao bã ô liu là nguồn polyphenol có giá trị?

Bã ô liu chứa nồng độ cao các hợp chất phenolic có đặc tính chống oxy hóa mạnh. Các hợp chất này có thể được thu hồi và chuyển thành các dịch chiết tự nhiên có giá trị cao để sử dụng trong bảo quản thực phẩm, chất kích thích sinh học thực vật, thành phần dinh dưỡng dược, mỹ phẩm và các ứng dụng khác có nguồn gốc sinh học.

Hydroxytyrosol là gì?

Hydroxytyrosol là một trong những polyphenol quan trọng nhất có trong quả ô liu và các phụ phẩm có nguồn gốc từ ô liu. Hợp chất này được biết đến nhờ hoạt tính chống oxy hóa mạnh và được đánh giá cao trong thực phẩm chức năng, chất bảo quản tự nhiên, công thức mỹ phẩm và các sản phẩm kích thích sinh học dùng trong nông nghiệp.

Vì sao nên chiết xuất polyphenol từ bã ô liu?

Thu hồi polyphenol từ bã ô liu giúp chuyển phụ phẩm nông công nghiệp thành nguyên liệu có giá trị. Điều này hỗ trợ các chiến lược kinh tế tuần hoàn, giảm gánh nặng môi trường của hoạt động sản xuất dầu ô liu và tạo ra cơ hội doanh thu mới từ các phụ phẩm vốn sẽ phải thải bỏ hoặc xử lý.

Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm là gì?

Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm là một kỹ thuật chiết xuất tiên tiến sử dụng năng lượng âm để tăng cường giải phóng các hợp chất có giá trị từ nguyên liệu thực vật. Hiện tượng xâm thực siêu âm cải thiện quá trình truyền khối giữa sinh khối rắn và dung môi, giúp chiết xuất nhanh hơn, hiệu quả hơn và có độ tái lập cao hơn so với nhiều phương pháp thông thường.

Siêu âm cải thiện quá trình chiết xuất polyphenol từ bã ô liu như thế nào?

Siêu âm tạo ra các lực xâm thực trong môi trường lỏng, giúp phá vỡ cấu trúc tế bào thực vật và cải thiện khả năng thâm nhập của dung môi vào sinh khối. Điều này đẩy nhanh quá trình giải phóng các polyphenol như hydroxytyrosol và có thể giảm thời gian chiết xuất, lượng dung môi tiêu thụ cũng như mức độ biến thiên của quá trình.

Có thể sử dụng nước làm dung môi để chiết xuất bã ô liu bằng siêu âm không?

Có. Nghiên cứu chứng minh việc sử dụng nước làm dung môi chiết xuất để thu hồi các polyphenol giàu hydroxytyrosol từ bã ô liu đã sấy khô. Điều này khiến quy trình đặc biệt hấp dẫn đối với các ứng dụng chiết xuất đáp ứng tiêu chí nhãn sạch, đạt tiêu chuẩn dùng cho thực phẩm và thân thiện với môi trường.

Thiết bị siêu âm nào đã được sử dụng trong nghiên cứu?

Nghiên cứu sử dụng đầu siêu âm Hielscher Ultrasonics UP400St. Thiết bị xử lý siêu âm này được lựa chọn nhờ khả năng kiểm soát biên độ chính xác, hiệu năng ổn định và sự phù hợp để tối ưu hóa có kiểm soát quá trình chiết xuất polyphenol từ bã ô liu ở quy mô phòng thí nghiệm.

Những thông số quy trình nào đã được tối ưu hóa?

Nghiên cứu tối ưu hóa hai thông số chính của quá trình chiết xuất bằng siêu âm: biên độ siêu âm và thời gian chiết xuất. Các thông số này được đánh giá bằng thiết kế phức hợp trung tâm để xác định ảnh hưởng của chúng đến nồng độ hydroxytyrosol trong dịch chiết nước.

Các điều kiện tối ưu để chiết xuất hydroxytyrosol là gì?

Các điều kiện chiết xuất tối ưu được xác định trong nghiên cứu là biên độ 61,5% và thời gian xử lý siêu âm 24,2 phút. Trong các điều kiện này, mô hình dự đoán nồng độ hydroxytyrosol tối đa là 1609,5 mg/L.

Tại sao việc kiểm soát biên độ lại quan trọng trong chiết xuất bằng siêu âm?

Kiểm soát biên độ có vai trò then chốt vì biên độ quyết định cường độ xâm thực siêu âm. Điều chỉnh biên độ chính xác cho phép người dùng tối ưu hóa hiệu quả chiết xuất, tránh cung cấp năng lượng không cần thiết và tạo ra các dịch chiết có độ tái lập cao hơn bất chấp sự biến thiên tự nhiên của nguyên liệu sinh khối như bã ô liu.

Có thể mở rộng quy mô chiết xuất bã ô liu bằng siêu âm không?

Có. Chiết xuất bằng siêu âm có khả năng mở rộng quy mô cao khi các thông số quy trình như biên độ, năng lượng đầu vào, lưu lượng, nhiệt độ và thời gian lưu được kiểm soát đúng cách. Nghiên cứu nhấn mạnh tính phù hợp của công nghệ siêu âm Hielscher trong việc chuyển kết quả tối ưu hóa ở quy mô phòng thí nghiệm sang xử lý công nghiệp theo dòng chảy liên tục.

Có thể tạo ra những sản phẩm nào từ dịch chiết polyphenol của bã ô liu?

Dịch chiết giàu polyphenol từ bã ô liu có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng có giá trị cao, bao gồm chất bảo quản thực phẩm chống oxy hóa tự nhiên, chất kích thích sinh học cho cây trồng, thành phần mỹ phẩm, công thức chế phẩm dinh dưỡng hỗ trợ sức khỏe và các thành phần chuyên dụng có nguồn gốc sinh học.

Chiết xuất bằng siêu âm hỗ trợ sản xuất dầu ô liu bền vững như thế nào?

Chiết xuất bằng siêu âm hỗ trợ sản xuất dầu ô liu bền vững bằng cách khai thác giá trị của bã ô liu thay vì chỉ coi đó là chất thải. Bằng cách thu hồi các chất chống oxy hóa có giá trị từ phụ phẩm này, các nhà sản xuất có thể giảm tác động đến môi trường, nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và tạo thêm các nguồn giá trị.

Có thể sử dụng các hệ thống siêu âm Hielscher để khai thác giá trị của bã ô liu ở quy mô công nghiệp không?

Có. Các hệ thống siêu âm Hielscher phù hợp cho việc phát triển quy trình, thử nghiệm ở quy mô thí điểm và chiết xuất ở quy mô công nghiệp. Khả năng kiểm soát chính xác các thông số siêu âm cùng các cấu hình có thể mở rộng quy mô khiến những hệ thống này rất phù hợp để xử lý liên tục bã ô liu và các dòng sinh khối nông nghiệp – công nghiệp khác.

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

Cánovas, Jaime; Barrajón-Catalán, Enrique; Micol, Vicente; Cárcel, J.; Garcia-Perez, Jose V. (2013): Kinetic and compositional study of phenolic extraction from olive leaves (var. Serrana) by using power ultrasound. Innovative Food Science & Emerging Technologies 17, 2013. 120–129.
M. Rashidipour and R. Heydari (2018): Ultrasonic-Assisted Matrix Solid-Phase Dispersion and High-Performance Liquid Chromatography as an Improved Methodology for Determination of Oleuropein from Olive Leaves. Analytical and Bioanalytical Chemistry Research 52, 2018. 307-316.
Rodríguez, Ó.; Bona, S.; Stäbler, A.; Rodríguez-Turienzo, L. (2022): Ultrasound-Assisted Extraction of Polyphenols from Olive Pomace: Scale Up from Laboratory to Pilot Scenario. Processes 2022, 10, 2481.
Tamborrino, A., Romaniello, R., Perone, C. et al. (2021): Development of a Pressure Control System According to Paste Rheology for Ultrasound Processing in Industrial Olive Oil Extraction. Food Bioprocess Technol 14, 1897–1908 (2021).